AmBe中子源聚乙烯泄露中子能谱测量技术研究

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:GXDZL126
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在国际热核聚变实验堆(ITER,International Thermonuclear Experiment Reactor)计划中,对氘-氚中子的辐射屏蔽及屏蔽材料性能的验证是一项必不可少的研究工作,其中包括对氘-氚中子介质穿透实验中的中子能谱测量。氘-氚中子透过屏蔽材料后的的中子能谱范围很宽,主要集中在中、低能区,在无法建立飞行时间中子谱仪测量系统的条件下,建立一套简单且行之有效的可对较宽动态范围内中子能谱的测量实验技术就显得尤为重要了。本论文基于反冲质子法和有机液体闪烁体探测器对中子能谱测量技术进行了研究。基于上述方法的中子能谱测量技术主要包括以下四个方面:n-γ甄别、反冲质子谱的实验测量、探测器系统中子响应函数模拟以及解谱。前人关于前两项实验技术己做了大量的工作,本论文的工作重点在于响应函数模拟验证及解谱方法比较研究。首先,论文基于欧洲核子中心(CERN)所开发的Geant4程序对14.88MeV的氘-氚聚变中子在有机液闪探测器BC501A中的响应函数进行了模拟,研究了该程序中“QGSP_BIC_HP”物理模型对于中子与碳、氢元素反应道的模拟,结果表明该模型中反应道模拟与数据库符合较好。另外,通过实验测量了 D-T中子的响应函数,实验结果与模拟结果符合较好,也间接证明了该程序在较宽能域内对中子响应函数模拟的可靠性。紧接着从数学公式推导与相关物理意义出发,阐述并研究了在当前条件下响应矩阵中不同能量间隔与道宽对解谱结果的影响,结果表明当响应矩阵能量间隔选取与探测器的最低能量分辨率相当且单能中子响应函数道宽(MeVee)选择为响应矩阵能量间隔的1/3~1/2时,模拟解谱结果最好。基于上述模拟结果,模拟获得了能区为0~11 MeV的能量间隔0.25 MeV、道宽为0.08 MeVee的探测器响应矩阵。为了验证程序关于氘-氚中子屏蔽材料中、低能区中子响应函数的可靠性及响应矩阵布局的合理性,通过分段测量的实验方法获取了AmB 中子源的反冲质子谱,采用过零时间法对信号进行了n-y甄别,在实验前利用MCNP5对实验大厅的散射中子进行了模拟,确定了相对本底较小的实验测量方案。针对如何从反冲质子谱反推出中子能谱,对基于贝叶斯概率法、奇异值分解法和正则化算法三种不同的解谱算法和程序进行了研究。对实验测得的反冲质子谱进行了反解和分析,结果均与真实参考分布符合较好,基于贝叶斯全概率公式的解谱结果整体上表现最好且谱型最为光滑,但对谱型分辨不够理想;基于SVD解谱方法的解谱结果在中间能区对参考谱的还原度最高,低能区的结果不够理想;基于正则化方法解谱方法的解谱结果综合表现较好。为了进一步贴近实际需求,验证该方法对聚变中子穿过屏蔽材料后中、低能区中子能谱测量的适用性,决定利用聚乙烯球壳对AmBe中子源进行慢化,并对泄漏中子谱进行测量,实验方法与上述实验相同,实验前同样利用MCNP5对实验大厅的散射中子进行了模拟,使用上述三种不同的解谱方法对实验测量得到的AmBe中子源穿过聚乙烯球壳的泄漏中子反冲质子谱进行了反解,结果基本与模拟参考分布相一致。
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